题目内容
(本小题满分12分)如图,圆柱的轴截面ABCD是正方形,点E在底面圆周上,点F在DE上,且AF⊥DE,若圆柱的侧面积与△ABE的面积之比等于4π.
(Ⅰ)求证:AF⊥BD;(Ⅱ)求二面角A―BD―E的正弦值.
(Ⅰ) 见解析 (Ⅱ)
解析:
(Ⅰ)因为AD⊥平面ABE,所以 AD⊥BE. (1分)
又AE⊥BE,AD∩AE=A,所以BE⊥平面ADE.
(2分)因为AF平面ADE,所以BE⊥AF. (3分)
又AF⊥DE,所以AF⊥平面BDE,故AF⊥BD. (4分)
(Ⅱ)取BD的中点M,连结AM,FM.
因为AB=AD,则AM⊥BD.因为AF⊥平面BDE,则AF⊥BD.
所以BD⊥平面AFM,从而FM⊥BD,所以∠AMF为二面角A―BD―E的平面角. (6分)
过点E作EO⊥AB,垂足为O.
设圆柱的底半径为r,因为圆柱的轴截面ABCD是正方形,
则圆柱的母线长为2r,所以其侧面积为,
又△ABE的面积为.
由已知,,则OE=r,
所以点O为圆柱底面圆的圆心. (8分)
在Rt△AOE中,.
在Rt△DAE中,,. (10分)
又,在Rt△AFM中,.
故二面角A―BD―E的正弦值为. (12分)
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